Геодезические инструменты

ГЕОДЕЗИЧЕСКИЕ ИНСТРУМЕНТЫ, приборы для решения научных, инженерно-технических и производственных задач в геодезии. Геодезические инструменты применяются для измерения расстояний, углов, превышений; для вертикального и наклонного проектирования; для определения соосности, створности, задания направлений и др. Геодезические  инструменты используют также в качестве контрольно-измерительных приборов при выпуске, эксплуатации и испытаниях других технических средств.

Геодезические  инструменты применялись ещё в 13-12 веках до нашей эры при строительстве оросительных каналов в Вавилоне, Египте и Китае. Герон Александрийский (1 век до нашей эры) предложил угломерный прибор с диоптрами и поворотной линейкой; Гиппарх создал астролябию, которая по праву считается прообразом теодолита. Ко 3-2 веку до нашей эры относятся первые инструментальные определения окружности Земли, выполненные Эратосфеном при помощи гномона.

В 1576 году И. Габермель (Германия) разработал угломерный прибор, снабжённый буссолью и действовавший по принципу теодолита. В 1609 году Г. Галилей создал зрительную трубу, содержащую стеклянные линзы. В 1611 И. Кеплер предложил два варианта зрительной трубы с сеткой нитей: с прямым (земная труба) и обратным (астрономическая труба) изображением. В 1631 году П. Вернье (Франция) изготовил верньер. В середине 18 века Дж. Рамсден (Великобритания) изобрёл отсчётный микроскоп с винтовым микрометром для снятия отсчётов по лимбу. В 1810 году немецкий оптик-механик Г. Рейхенбах ввёл в зрительную трубу геодезических инструментов дальномерные нити для определения наклонных расстояний по вертикальной рейке. В начале 19 века появились оптические дальномеры с базисом у прибора (безреечного типа), работающие на основе принципа двойного изображения. В создание новых геодезических инструментов большой вклад внесли российские учёные, инженеры, изобретатели: М. В. Ломоносов, В. Я. Струве (смотри Струве), В. Ф. Гербст, Д. Д. Гедеонов, К. И. Теннер и др.

В основу классификации современных геодезических инструментов положены следующие признаки: функциональное назначение, область применения, физическая природа носителей информации, устойчивость к транспортированию, конструктивные особенности. По точности измерений геодезические инструменты разделяют на прецизионные (высокоточные), точные и технические.

Работа с геодезическими инструментами может выполняться при установке их на штатив, столик геодезического знака, столб (тур). Для некоторых геодезических инструментов необходимо применение экрана, защищающего от прямого воздействия солнечной радиации и атмосферных осадков.

Основные требования, предъявляемые к геодезическим инструментам, сводятся к обеспечению заданной точности и скорости измерений, стабильности результатов измерений в различных условиях, простоте и удобству в обращении, компактности, оптимальной материало- и энергоёмкости, транспортабельности, пригодности к ремонту, эстетичности и эргономичности.

Приборы для измерения расстояний наиболее многочисленны и разнообразны по конструкции. К ним относятся мерные приборы, основанные на принципе откладывания рабочей меры (проволоки, ленты, рулетки, жезлы, нутромеры, метрштоки), оптико-механические дальномеры визуального типа (оптические и двойного изображения), светодальномеры, радиодальномеры. Определять расстояния можно путём геометрических построений на местности (например, триангуляции), когда измеряют одну или несколько из сторон геометрического построения, углы между всеми сторонами, а затем вычисляют все остальные стороны, определяя, таким образом, расстояния до недоступных объектов. Оптические дальномеры используют решение вытянутого треугольника, с известным коротким базисом и измеренным малым параллактическим углом. Принцип действия светодальномеров сводится к измерению времени прохождения светового импульса до отражателя и обратно и вычислению расстояний с учётом знания скорости света в реальной среде. В качестве источника света используются полупроводниковые лазеры.

Приборы для измерения превышений. К таким приборам относятся оптические нивелиры с уровнем и самоустанавливающейся визирной линией, электронные нивелиры, бадометрические нивелиры, гидростатические и гидродинамические нивелиры, микронивелиры и др. Сконструированы лазерные нивелиры, в которых визирная линия задаётся пучком лазерного излучения, и нивелиры типа «лазерная плоскость» с автоматической развёрткой луча в горизонтальной или вертикальной плоскости. В сочетании с электронными датчиками на рейках или других визирных устройствах эти приборы обеспечивают высокую эффективность геодезических измерений.

Гидростатические нивелиры стационарного и переносного типов используются при наблюдении за положением технологического оборудования и строительных конструкций в период наладки и эксплуатации сооружений. Выпускаются электронные (цифровые) нивелиры с кодовыми рейками, позволяющие свести к минимуму субъективные погрешности наблюдателя, накапливать результаты полевых измерений в памяти прибора и передавать их в компьютер.

Приборы для измерения углов включают в себя оптические, электронные и гироскопические теодолиты, тахеометры, экеры, эклиметры, буссольные приборы и гониометры. Теодолиты позволяют определять направления, горизонтальные и вертикальные углы. При этом используется рабочая мера - горизонтальный и вертикальный лимбы с градусными (360°) или децимальными (градовыми) (400g) делениями. Созданы электронные тахеометры и лазерные рулетки, с помощью которых в полевых условиях можно измерять горизонтальные и вертикальные углы и расстояния, автоматически выполнять необходимые вычисления по плановому и высотному положению определяемых точек местности.

Другие геодезические инструменты.

Расширение объёмов работ в прикладной геодезии привело к созданию ряда специализированных приборов. Так, для геодезического обеспечения строительства и эксплуатации инженерных сооружений разработаны приборы вертикального проектирования точек с одного горизонта на другой, используемые при многоэтажном строительстве и монтаже технологического оборудования.

Принцип действия створных приборов (алиниометров) и приборов для контроля прямолинейности и соосности основан на законе прямолинейного распространения света. Референтной прямой является визирная ось зрительной трубы, ось симметрии лазерного пучка света или вертикальная плоскость, в которой располагается ось натянутой струны.

Альтернативный подход к выполнению геодезических измерений состоит в использовании пространственных методов измерений с применением в качестве опорных точек мгновенных положений искусственных спутников Земли. Измерительные комплексы, базирующиеся на этих принципах, называют спутниковыми системами позиционирования (GPS и др.).

Лит.: Васютинский И. Ю., Рязанцев Г. Е., Ямбаев Х. К. Геодезические приборы при строительно-монтажных работах. М., 1982; Спиридонов А. И., Кулагин Ю. Н., Крюков Г. С. Справочник-каталог геодезических приборов. М., 1984.